[发明专利]使用火焰喷涂提高石墨电极抗氧化性能的方法

说明书

技术领域：

本发明属于冶金技术及表面工程技术领域，具体是一种冶金用电弧炉石墨电极的表面抗氧化保护技术。

背景技术：

石墨电极是电弧炉不可缺少的导电消耗品，在电炉冶炼技术中具有重要作用。冶金企业使用的石墨电极具有高温性能良好、热膨胀系数低、重量轻、易加工等特点。但是在钢铁冶炼的高温和吹氧环境中，石墨电极易与氧发生氧化反应，产生消耗。石墨电极的消耗所带来的成本占钢铁冶炼总成本的1/3左右，而其主要消耗机制即为氧化。因此提高石墨电极抗氧化性能对于钢铁冶炼行业的成本控制至关重要。目前，工业上普遍采用的石墨电极抗氧化技术包括两类主要技术方法：一是涂料法，二是浸渍法。中国专利200510047757.7即公开了一种用于减少石墨电极消耗的保护涂料及制作方法，以特别设计的保护涂料涂覆于石墨电极表面，干燥后使用。尽管涂料的热膨胀系数与石墨电极接近，但是由于氧化物保护涂层与石墨电极结合力有限，且本身的裂纹扩展不可避免，长期使用仍将带来涂层的剥落。而中国专利200410010023.7为代表的石墨电极抗氧化方法则是石墨电极浸渍处理法，该方法将石墨电极高压浸渍于氧化物盐溶液或者树脂类溶液中，实现对表面和微孔的有效保护。利用该方法可以实现石墨电极在较低温度区间的抗氧化保护，但是在高温区间，特别是在750℃以上乃至1500℃以上的工作温度区间，浸渍液的分解会导致其保护效果会随着温度上升显著下降。

火焰热喷涂是一种表面强化技术，它利用燃烧火焰将粉末状、颗粒状、丝状或棒状的金属或非金属材料加热到熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成表面涂层的一种技术。

发明内容：

本发明所解决的技术问题在于提供一种提高石墨电极抗氧化性能的方法，它利用火焰喷涂的技术在石墨电极表面热喷涂三层复合涂层，以达到石墨电极在高温工作环境中抗氧化的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：利用火焰喷涂技术，以火焰为热源，将喷涂材料加热到熔融状态，在高速气流的推动下形成雾流，喷射到石墨电极表面上，形成总厚度1～5mm的三层复合涂层。最内层涂层1含有95.0～99.9at.％(原子比)的硅，其余含有0.1～5.0at.％的钼、钨，厚度为0.25～2mm。中间层涂层2含有95.0～99.9at.％的硼酸铝，其余含有0.1～5.0at.％三氧化二铬，厚度为0.15～1mm。最外层涂层3含有99.0～99.9at.％的铝，其余含有0.1～1.0at.％的镁，厚度为0.6～2mm。

本发明与现有技术相比，其优点显著：首先使用火焰喷涂的方法对石墨电极的表面进行处理，使得涂层与基体之间结合强度更高；当石墨电极在高温使用时，以硅为主要成分的最内层涂层1，与石墨电极基体互相渗透结合，可形成耐高温抗氧化的碳化硅，增强高温区间内涂层与基体之间结合强度，从而解决了由于热膨胀系数的不同造成的涂层脱落现象；以耐火材料硼酸铝为主要成分的中间层涂层2，能够降低石墨基体温度，减少石墨基体所受热冲击，延长石墨电极的使用寿命；以金属铝为主要成分的最外层涂层3，在高温氧气氛作用下能够发生表面钝化，形成致密的保护层，进一步减少使用电弧炉冶炼钢工艺中吹氧步骤对石墨电极的消耗，同时在高温下，最外层涂层材料的融化或软化，可以抵消由于热膨胀系数的差异引起的热应变，阻止了裂纹处可能的进一步氧化；而且随着石墨电极工作温度的升高，最内层涂层1的扩散反应以及最外层涂层3的融化和钝化，能够进一步闭合喷涂时形成的气孔，实现保护效果的进一步提升。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

附图是石墨电极表面保护层结构示意图。

具体实施方式

结合附图，本发明使用火焰喷涂提高石墨电极抗氧化性能的方法，包括以下步骤：

步骤1、石墨电极4表面预处理，包括表面磨光和清洁。

步骤2、使用氧炔焰的火焰喷枪对石墨电极4进行表面喷涂，将粉末、颗粒、丝状或棒状的涂层材料加热到熔融状态后喷向石墨电极基体表面，形成最内层涂层1，其中涂层材料成分为95.0～99.9at.％的硅，其余含有0.1～5.0at.％的钼、钨，厚度为0.25～2mm。

步骤3、使用氧炔焰的火焰喷枪将粉末、颗粒、丝状或棒状的涂层材料加热到熔融状态后喷涂至最内层涂层1表面，形成中间层涂层2，其中涂层材料成分为95.0～99.9at.％的硼酸铝，其余含有0.1～5.0at.％三氧化二铬，厚度为0.15～1mm。